[发明专利]水-力作用下隧道大变形滞后时效性数值模拟方法

说明书

本发明水‑力作用下隧道大变形滞后时效性数值模拟方法，涉及隧道技术领域，利用在隧道中采集的岩样开展三轴渗透试验、三轴压缩试验和三轴蠕变试验并计算数值模拟所需参数，在FLAC3D中建立隧道模型，定义隧道模型的边界条件、设置围岩应力以及定义渗流条件，并依次对隧道模型赋予初始本构模型和蠕变本构模型，随即进行隧道开挖与支护结构施作，再设定多个时间点进行数值模拟计算，获得不同时间点对应的云图，通过相应的云图获得水‑力作用下时效性对隧道大变形的影响规律，解决了现有技术中不能重现水‑力作用下隧道大变形滞后时效性现象，进而不能反映水‑力作用下隧道的变形与应力在支护结构施作完成后随时间变化的规律的问题，本发明适用于隧道。

技术领域

本发明涉及隧道技术领域，特别涉及水-力作用下隧道大变形滞后时效性数值模拟方法。

背景技术

在隧道建设、养护、运营的长期过程中，隧道大变形一直是众多隧道与地下工程面临的突出和棘手的挑战之一，经前人学者研究发现，引起隧道发生大变形的因素主要有围岩强度、地应力大小、地下水发育情况、支护结构强度以及时效性作用，其中，时效性是指在实际隧道工程中，大变形的发生具有滞后时效性，即隧道开挖施工时不会立即发生大变形，而在二衬施作完成后几个月、甚至几年里，围岩应力重新分布，在时间效应的作用下围岩和支护结构持续发生变形导致坍塌、侵限等灾害发生。

此外，围岩具有非均质、非线性、非连续等特点，在隧道开挖过程中频繁受到加、卸荷的作用，同时承受着复杂的边界条件，致使多场耦合下的隧道力学问题无法用简单的理想化模型求解。

现有的隧道大变形数值模拟研究中，大多数集中在隧道开挖瞬时围岩及支护结构的应力、位移变化情况，没有考虑大变形的滞后时效性。此外，在数值模拟参数选取上，多依据经验取值或参数试算，模拟结果与现场实际工程情况有较大出入。

通过上述分析，现有技术在隧道大变形数值模拟中存在的问题及缺陷主要为：

(1)现有的隧道大变形数值模拟通常会忽略隧道支护结构施作完成后时效性对隧道的影响，不能反映出水-力作用下隧道的变形与应力随时间变化的规律。

(2)现有的隧道大变形数值模拟中参数取值多依据经验取值或参数试算，与实际情况有出入，导致数值模拟结果与真实大变形情况偏差大。

发明内容

本发明所解决的技术问题：提供一种水-力作用下隧道大变形滞后时效性数值模拟方法，解决现有技术中不能重现水-力作用下隧道大变形滞后时效性现象，进而不能反映水-力作用下隧道的变形与应力在支护结构施作完成后随时间变化的规律的问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案：水-力作用下隧道大变形滞后时效性数值模拟方法，包括以下步骤：

S01、获取隧道断面尺寸、支护结构类型及尺寸、地下水位面高度和岩层倾斜角，建立隧道模型，并将所述隧道模型划分为六面体单元网格，随后依次将围岩、支护结构和开挖岩体划分为不同的组；

S02、定义所述隧道模型的边界条件，并设置围岩应力；

S03、定义隧道模型渗流条件；

S04、对隧道模型赋予初始本构模型，并设置模型参数；

S05、对隧道模型求解，获得初始应力平衡的模型状态；

S06、再对隧道模型赋予蠕变本构模型，并设置蠕变本构模型参数；

S07、然后对开挖岩体分组赋予null模型，对支护结构分组赋予elastic模型，并设定elastic模型参数；

S08、设定多个时间点，通过隧道模型计算，获得所述多个时间点对应的云图。

进一步的，步骤S05中，如果未能获得初始应力平衡的模型状态，则返回第一步，重新划分网格。